3-2 隧道及地下工程的火灾模型

地铁隧道火灾纵向通风临界风速的确定任神河;韩凯旋【摘要】Taking some tunnel section in Xi'an Metro Line 2 as the research object, by using theoretical calculation and FDS software for fire simulation, finding out the relationship between fire heat release rate and critical velocity of longitudinal ventilation. According to fire heat release rate, the critical wind speed can be quickly calculated to achieve rapid rescue.%以西安地铁2号线南门到钟楼的隧道某区段为研究对象,运用理论计算和采用FDS软件进行火灾模拟仿真,找出了火源热释放率与纵向通风临界风速的关系,从而可以根据火源热释放率快速计算出临界风速,达到快速救援的目的.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)009【总页数】3页(P132-134)【关键词】地铁隧道;热释放率;临界风速;火灾模拟【作者】任神河;韩凯旋【作者单位】长安大学信息工程学院,陕西西安710064;长安大学电子与控制工程学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TN911.7-340 引言现在乘坐地铁成为市民日常生活的常事，但是由于地铁隧道本身的特点，一旦发生火灾，如果不能及时控制高温烟气，必然会对人员的安全构成严重威胁。

为了防止事故后火灾烟气回流，为人员逃生及火灾救援提供上游安全通道，进行机械通风就显得尤为重要了。

纵向通风系统由于具有良好的烟气控制效果，广泛用于隧道火灾通风设计中。

第53卷第6期2022年6月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.53No.6Jun.2022双火源隧道火灾数值模拟崔心源1，赵金龙1，姚勇征1，袁沙沙2，吴兵1，黄弘3(1.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院，北京，100083；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京，100013；3.清华大学公共安全研究院，北京，100084)摘要：为了给隧道内双火源事故风险评估和人员疏散提供参考，构建了隧道双火源火灾FDS 数值模型，开展不同火源宽度和间距下的双火源隧道火灾模拟，研究了隧道内近顶板纵向温度、火源中心火场温度、隧道流场以及火场附近热辐射的分布规律。

研究结果表明：隧道双火源火灾由于火源间相互影响，火场内会形成热量和烟气的积聚；随着火源宽度增加，火源的单位面积热释放速率减小，隧道内最高温度迅速减小，隧道开口处温度基本保持不变，因此，远端纵向温度衰减因子逐渐减小；双火源之间靠近地面的温度呈现“凹”形分布，且大部分区间温度基本保持稳定，稳定温度随火源宽度增加呈现上升趋势；隧道内烟气最大流速出现在火羽流内部，受火源间距影响小，而受宽度影响大；伴随宽度增加，隧道内最大流速减小，浮力效应减弱，烟气层厚度增加，烟气沉降效应明显；双火源间近地面位置处的辐射受火源间距影响大，而受宽度影响小；随着火源间距增加，辐射强度迅速下降，但仍会对救援人员造成较大伤害。

关键词：隧道火灾；双火源；数值模拟；温度分布；热辐射强度；火源宽度中图分类号：U458.1文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2022）06-2255-13Numerical simulation on double fire source tunnelCUI Xinyuan 1,ZHAO Jinlong 1,YAO Yongzheng 1,YUAN Shasha 2,WU Bing 1,HUANG Hong 3(1.School of Emergency Management &Safety Engineering,China University of Mining &Technology(Beijing),Beijing 100083,China;2.China Academy of Building Research,Beijing 100013,China;3.Institute of Public Safety Research,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:A tunnel double fire source FDS numerical model was built in order to provide reference for therisk收稿日期：2021−10−07；修回日期：2021−12−24基金项目(Foundation item)：建设工程竣工验收消防查验关键技术研究(2021-K-029)；国家自然科学基金资助项目(51906253)；消防应急救援装备应急管理部重点实验室开放课题(2019XFZB16)(Project(2021-K-029)supported by the Study on Key Technology of Completion Acceptance and Fire Inspection of Construction;Project(51906253)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2019XFZB16)supported by the Key Laboratory of Emergency Management Department of Fire Emergency Rescue Equipment)通信作者：赵金龙，博士，副教授，从事隧道火灾、油池火研究；E-mail:152****************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.026引用格式：崔心源,赵金龙,姚勇征,等.双火源隧道火灾数值模拟[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(6):2255−2267.Citation:CUI Xinyuan,ZHAO Jinlong,YAO Yongzheng,et al.Numerical simulation on double fire source tunnel[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2022,53(6):2255−2267.第53卷中南大学学报(自然科学版)assessment and evacuation.The double fire source simulation in tunnel at different fire widths and fire spacings was carried out.The distribution law of ceiling longitudinal temperature,temperature in the fire field at the centerof the fire source,flow field and heat radiation intensity near the fire field were studied.The results show that in a double fire source tunnel,heat and smoke will accumulate in the fire site due to the mutual influence of the fire sources.As the width of the fire source increases,heat release rate per unit area of the fire source decreases,the maximum temperature in the tunnel decreases rapidly and the temperature at the opening of the tunnel remains basically unchanged,so the longitudinal temperature attenuation factor at the far end gradually decreases.The temperature between the double fire sources near the ground shows a"concave"distribution,the temperature inthe most of the intervals remains basically stable and the stable temperature shows an upward trend with the increase of the fire source width.The maximum flow velocity of smoke in the tunnel appears inside the fire plume, which is less affected by the fire source spacing and greatly affected by the fire source width.With the increase ofthe fire source width,the maximum flow velocity in the tunnel decreases,the buoyancy effect weakens,the thickness of the smoke layer increases and the smoke deposition process becomes more obvious.The radiation intensity near the ground between double fire sources is greatly affected by the distance between the fire sources and it is less affected by the width.As the distance between fire sources increases,the radiation intensity drops rapidly,but it still causes great harm to rescuers.Key words:tunnel fire;double fire sources;numerical simulation;temperature distribution;heat radiation intensity;fire source width作为公路交通事故之一，隧道火灾被学者广泛关注和研究。

火灾烟气扩散模型与预测方法火灾是一种常见的灾害事件，它会给人们的生命财产带来巨大的危害。

火灾事件发生后，烟气是致命因素之一，往往造成火灾事故的严重后果。

这时候，火灾烟气扩散模型与预测方法就成为了必要的研究方向。

1. 火灾烟气扩散模型火灾烟气扩散模型是在建筑火灾过程中烟气产生途径、烟气传播规律及行为等方面的物理机理基础上，通过分析每一时刻的烟气质量特性和运动特征，通过数学模型计算，来预测火灾烟气扩散的过程和烟气浓度分布情况。

火灾烟气扩散模型通常可以分为两类，即解析模型和数值模型。

解析模型主要通过对建筑物内部空气运动的解析求解、流体力学方程、对流扩散方程等来建立模型；数值模型则是在计算机辅助下，通过离散化、求解数值方程组来模拟火灾烟气扩散的过程。

2. 火灾烟气预测方法火灾烟气预测是在火灾发生后，通过已有的火灾烟气扩散模型及烟气浓度监测设备，进行烟气浓度分布的预测，并根据预测结果制定合理的疏散、灭火和救援措施的方法。

火灾烟气预测方法的实现需要既有专业的软硬件工具的支持，又需要丰富的经验以及实地的检验。

一些常用的火灾烟气预测方法包括利用天气数据和风向确定烟气扩散的方向及范围，利用火灾烟气扩散模型，通过计算预测烟气浓度分布情况等。

3. 火灾烟气扩散模型与预测方法的应用火灾烟气扩散模型与预测方法广泛应用于建筑、隧道、车站、地下商场、公共场所等场所的火灾防控领域。

烟气浓度的预测可以有效地增加火灾消防救援员的安全，为行动提供一定的支持，同时可以帮助公共场所管理者合理制定应急预案，降低火灾造成伤亡及财产损失。

4. 火灾烟气扩散模型与预测方法的发展趋势随着计算机技术与运算速度的提高，现有的火灾烟气扩散模型与预测方法在实时性、准确度及可靠性方面将得到更进一步的提升，可以在很短时间内完成从火灾烟气扩散预测到疏散、灭火、救援等各种应急预案的策略制定和实施。

此外，火灾烟气扩散模型和预测方法也将面临更多的现实场景的测试考验，期待能够更好地提高其在实际应急情况下的响应和应用效果。

隧道火灾模型试验弗劳德准则数适用性数值模拟作者：李囡婕来源：《科技风》2017年第06期摘要：为验证弗劳德准则数在距火源不同距离处的适用性，用Fluent软件分别对设定的隧道原型尺寸和模型尺寸进行火灾模拟，并对模拟数据转换对比。

结果表明：火源近处烟气受浮力影响较大，弗劳德准则数适用，但随着距火源距离的增大，浮力作用逐渐减弱，在距火源较远处弗劳德准则数不再适用。

关键词：隧道火灾；数值模拟；弗劳德准则；模型试验随着我国经济和社会的快速发展，交通隧道因其具有穿越天然屏障、提高交通能力、克服地形高程差和节约有限的地上空间等优点而得到迅猛发展。

但是随着交通隧道公里数的不断增加，各类隧道事故发生的数量和频率也相应增加。

其中，隧道火灾由于其环境的封闭性和逃生救援的困难性，往往造成严重的人员伤亡和财产损失[ 1 ]。

在对隧道火灾进行的研究中，可在实验室进行的缩尺寸模型试验因具有投入相对较少、边界条件较为容易稳定控制和可以通过各种精密的测量仪器及先进的测量技术对火灾参数实现高精度测量等优点，成为目前采用较多的试验方法。

而缩尺寸模型试验研究结果的准确性，与试验设计中应用的相似准则数的适用性密切相关。

根据相似原理进行的模型试验，需要模型和原型完全相似，即除了几何相似外，各独立的相似准则也应同时满足。

但实际上模型试验要同时满足各准则比较困难，一般只能达到近似相似，也就是保证对流动起主要作用的力相似[ 2 ]。

在隧道火灾模型试验中，雷诺准则与弗劳德准则无法同时满足，目前的处理方法是使流动处于Re自动模型区（阻力平方区），从而用弗劳德数Fr作为动力的相似准则数来进行模型设计。

而在实际隧道火灾模型试验时，高温热烟气在浮力作用下卷吸周围空气冲向火源上方形成火羽流，火羽流不断上升冲击拱顶后由垂直上升开始向四周径向流动，受到隧道侧壁限制后转变为沿火源两侧隧道纵向的一维流动[ 3 ]。

此时，随着烟气离火源距离的增大，浮力作用逐渐减小，阻力作用逐渐增大[ 4 ]，弗劳德准则数的适用性逐渐降低。

火灾隧道逃生可靠性精确预估模型设计评价规范参考隧道火灾发生后的人员逃生是保障人身安全的重要环节，如何正确评估火灾隧道逃生可靠性成为解决问题的关键之一。

本文将从设计评价规范、参考模型等方面提供一个火灾隧道逃生可靠性精确预估模型设计的参考。

一、设计评价规范要求1. 必须考虑逃生路径的设计和布局对于火灾隧道逃生可靠性的影响。

逃生路径的长度、通畅性、疏散能力等因素应被充分考虑。

2. 必须满足相关法律法规对于火灾隧道设计的要求。

例如，在疏散通道的设计上，必须满足规定的宽度、高度、通风机数量等要求。

3. 必须考虑火灾隧道逃生过程中可能出现的紧急情况，如窒息、踩踏等。

评价规范应综合考虑这些因素并提供相应的设计建议。

二、模型设计参考1. 模型的建立应基于火灾隧道逃生过程的实际情况和相关数据。

通过收集历史火灾案例、模拟实验等方法，获取可靠的数据作为模型输入。

2. 模型应考虑逃生人数、逃生速度、逃生路径数量、路径长度、通风情况等因素，建立与这些因素相关的数学模型和算法。

3. 模型中应包含对火灾蔓延的预测和分析模块。

通过模拟火灾蔓延的速度和路径，对逃生可靠性进行评估。

4. 模型应考虑火灾隧道的具体结构特点。

例如，隧道的类型（公路隧道、铁路隧道、地铁隧道等）、出口位置、通风装置等，都对逃生可靠性产生影响。

5. 模型的评价结果应以概率的形式表示。

通过设置合适的阈值，对逃生可靠性进行评估和分类，为隧道设计和改进提供依据。

三、设计评价规范参考1. NFPA 502：《隧道和铁路隧道火灾安全标准》。

这是美国国家消防协会制定的一项标准，包含了有关隧道火灾的设计和施工要求。

2. TSI-Tunnel ：这是欧盟委员会制定的有关隧道火灾安全的技术规范，主要用于指导隧道设计和评估。

3. GB 50430 ：这是中国的隧道设计规范，包含了隧道火灾安全的设计要求和评估方法。

四、总结隧道火灾逃生的可靠性评估模型设计是保障人员生命安全的重要一环。

用GM（1，1）模型预测隧道火灾后衬砌的损伤
安永林;彭立敏;杨高尚
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2006(32)2
【摘要】由灰色理论预测的基本原理及数学建模方法，对衬砌在不同温度等级下的烧损试验所得的数据建立灰色动态模型的基本模型GM（1，1）。

分析了衬砌弹性模量损失系数与温度的关系，最后对模型结果进行多维灰度分析。

【总页数】2页(P259-260)
【关键词】灰色动态模型;衬砌混凝土;弹性模量
【作者】安永林;彭立敏;杨高尚
【作者单位】中南大学土木建筑学院硕士研究生,湖南长沙410075;中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075;中南大学,湖南长沙410075
【正文语种】中文
【中图分类】U457.5
【相关文献】
1.灰色预测理论在隧道火灾后衬砌损伤中的应用 [J], 安永林;彭立敏;杨高尚
2.隧道火灾后衬砌损伤规律的研究 [J], 张运良;安永林;彭立敏
3.广韶高速公路大宝山隧道火灾损伤后衬砌结构有限元分析 [J], 刘文深
4.隧道火灾后衬砌损伤评价 [J], 胡治东
5.隧道衬砌结构火灾灾后损伤检测与评价方法研究 [J], 零芳菲
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